2-2-2 扩散工艺

1 扩散的目的——掺杂——杂质补偿——形成P-N结。

2 扩散形成P-N结的过程（以NPN管为例）

1）硼扩散形成P型基区——形成P-N结（图20a）

2）磷扩散形成N型发射区——形成P-N结（图20b）

3 扩散方法的分类

1）液态源扩散——如：POCL3扩散

2）掺杂氧化物源扩散——如：P+CVD扩散

3）涂覆源扩散——如：CSD扩散、铂扩散、金扩散

4）离子注入源扩散——先采用离子注入方法，把杂质离子注入到硅片表面，

然后，再在高温下进行退火和再扩散。

4 扩散的杂质分布

1）恒定表面源扩散——余误差分布（一般预淀积过程属于此类）

2）限定源扩散——高斯分布（一般再扩散过程属于此类）

5 扩散的工艺参数——方块电阻R□和结深Xj

1）方块电阻R□的定义——一个正方形的扩散薄层所具有的电阻值，就称为扩散层的方块电阻R□（也叫薄层电阻）。(见图21)

图21R□示意图

2）方块电阻的单位：Ω/□

3）方块电阻的物理意义：方块电阻的大小代表了扩散层杂质总量的多少。杂质总量越多——R□越小；反之，杂质总量越少——R□就越大。

4）方块电阻的测试方法——四探针法（图22）

图22四探针法示意图

计算公式R□ = C × V / I

其中I——1，4针之间的电流

V——2，3针之间的电压

C——修正系数（与样片形状、单面或双面扩散有关）

5）结深Xj的定义——从表面到PN结所在位置的距离，就叫扩散的结深。符号为Xj。单位是μm 。（见图23）

图23结深的示意图

6）结深Xj的测量方法：

★磨角法（图24）公式： Xj = a ×tg θ

★磨槽法（图25）公式： Xj = x y / D

其中 D（为滚筒直径）= 2R

图 24 磨角法测量结深

图形 25 磨槽法测结深示意

6扩散工艺条件的三要素——炉温(T)、时间（t）、流量（L）以及

与方块电阻R□和结深Xj的关系

• 扩散工艺条件的三要素中，最主要的是炉温(T)。因为温度越高，杂质在半导体中的扩散速度越快，扩散速度的大小用扩散系数D来表示。一般温度升高10度，扩散系数D就要增加一倍左右。
• 结深Xj与扩散炉温(T)、时间（t）有如下关系：

Xj = 5.4 (D·t)1/2（所以，如果炉温升高10度，

结深Xj大约要增加1.4 倍左右。）

3）方块电阻与扩散炉温(T)、时间（t）的关系：

在预淀积过程中，炉温越高，时间越长，R□越小。

在再扩散过程中，一般有两种情况：

a) 在氧气气氛中，炉温越高，时间越长，R□越大。

b) 在氮气气氛中，在一定的时间范围内，炉温越高，时间越

长，R□越小。但在较长时间后，R□就趋向一定的数值。

4）气体流量（L）对R□和Xj的大小以及均匀性也有较大的影响。

7表面杂质浓度NS与方块电阻R□、结深Xj的关系

• • 扩散层的平均电导率：σ= 1/ R□·Xj
  • 扩散层的表面杂质浓度：NS∝σ（与衬底浓度NO以及扩散方法有关）。
  • 实际应用：测出R□和Xj——计算出σ= 1/ R□·Xj——

根据已知的NO和扩散方法——查相关的曲线，得到NS。